Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

Автор BadgerM, 26.03.2008 13:10:00

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Salo

ЦитатаПрограмма Космонавтика от 7 сентября 2013 года.
 В подмосковных Химках в НПО «Энергомаш» собирают двигатели нового поколения для ракеты «Союз», «Зенит». История НПО «Энергомаш» неразрывно связана с именем его создателя, академика В.П. Глушко, которому на днях исполнилось бы 105 лет.
 http://www.youtube.com/watch?v=t4p-VpU7tLA
Пересказ видео на сайте ФКА:
ЦитатаМотор для Луны
:: 08.09.2013

 В подмосковных Химках в НПО «Энергомаш» собирают двигатели нового поколения для ракет «Союз» и «Зенит». История НПО «Энергомаш» неразрывно связана с именем его создателя - академика В.П.Глушко, которому на днях исполнилось бы 105 лет.

 Сентябрь. Полночь по московскому времени. Космодром Байконур. Стартует ракета-носитель «Зенит» с космическим аппаратом «Амос-4».

 Самая главная и, пожалуй, яркая роль в этом случае у двигателей, которые делают на НПО «Энергомаш» имени академика Глушко.

 В ближайшие два часа в этот зал посторонним вход воспрещен. Никто не должен мешать рождению сердца ракеты. Рядом только программист и точнейшее оборудование. Техника по микронам сваривает блок газовода.

 «Мы делаем двигатели, которые делают самую неблагодарную и тяжелую работу – они отрывают ракету от земли, преодолевая силу земного тяготения», - рассказывает главный конструктор НПО «Энергомаш» Владимир Чванов.

 Здесь говорят, что ни одна техника не заработает без сердца, пламенного мотора. Уже больше 80 лет опытно-конструкторское бюро «Энергомаш» разрабатывает и создает пламенные моторы.

 «Вот этот двигатель – это двигатель немецкой ракеты ФАУ-2. По немецким чертежам был воссоздан от начала до конца», - рассказывает Владимир Чванов.

 По его образу конструировали двигатели для наших первых ракет Р-1, Р-2, Р-5. Только вот дальность у них была маленькая – около 1000 километров. С такой мощностью о космосе можно было только мечтать.

 Поэтому создатель «Энергомаша», известный конструктор Валентин Глушко вместе с инженерами ночами сидел над чертежами. Чтобы придумать новый, а главное, сверхмощный двигатель, который бы вырвал человечество из плена земного тяготения.

 «Это ЭД- 40, экспериментальный двигатель с тягой 7 тонн. У него внутренняя огневая стенка сделана из медно-бронзового сплава», - продолжает рассказывать Владимир Чванов.

 Из этого двигателя появился РД-107. Двигатель, который поднял в космос первый спутник Земли и первого космонавта. Он и прославил «Энергомаш» на весь мир, как предприятие, где делают самые мощные и надежные моторы для космоса.

 Чтобы с нуля собрать ракетный двигатель требуется полтора года. Работа распределена среди цехов. Часть из них делают различные детали будущего мотора.

 Этот аппарат, как мощный водяной нож. Под напором в шесть тысяч атмосфер тонкая струя воды вырезает заготовки из прочнейших материалов. Пробовали вытачивать из стальных болванок даже человеческие портреты. В качестве эксперимента. Однако особо времени на такого рода изыски нет.

 «Здесь используется координатно-измерительная машина, которая работая в 3D модели, автоматически выполняет контроль изготовленной детали. Мы получаем на выходе только готовый протокол, который подтверждает качество изготовленной детали», - рассказывает заместитель исполнительного директора по качеству Владимир Квак.

 Пайка деталей идет несколько часов при температуре в 1000 градусов. И снова проверка на качество. Потом детали собирают в основные узлы и агрегаты будущего двигателя. Сложнейшие блоки газоводов и генераторов обретают свои реальные очертания.

 «Здесь собрана вся технологическая цепочка изготовления узлов и агрегатов. Изготавливается деталь, вытачивается, фрезеруется, испытывается», - рассказывает начальник сборочно-сварочного цеха Василий Чарыков.

 Важная операция – проверка камеры сгорания: нет ли внутри изъянов после сварки и пайки. Как медосмотр, только пациент – техника. Каждый минус – повод отозвать деталь с потока. Уже потом все, что изготовили в цехах, свозится в главный сборочный цех - сердце «Энергомаша». Здесь, в стерильных условиях, собирают сами двигатели.

 «Здесь мы собираем двигатели сейчас для трех ракет – это ракета-носитель «Зенит», РД – 171м, ракета-носитель «Атлас», двигатель РД-180 и российская ракета-носитель «Ангара», РД-191. В том числе мы занимаемся модернизацией двигателей для ракеты-носителя «Союз», - рассказывает заместитель главного конструктора по науке Петр Левочкин.

 Конструкторы говорят, «союзный» движок станет проще, легче и будет адаптирован к конкретной ракете.

После финальной сборки двигатели испытывают на стенде. Мотор должен пройти цикл той работы, которую предстоит выполнить в полёте. И только потом, его отправляют ракетчикам.

 На заводе понимают, что изготовление нынешних ракетных двигателей – это все-таки задача тактическая. А вот разработка новых, перспективных моделей уже стратегия.

 «Впервые мы замахнулись на рубеж в тягу 1000 тонн. Сегодня РД-171м обеспечивает 800 тонн в пустоте, сегодня двигатель РД-175 будет обеспечивать 1000 тонн тягу, при этом он будет полностью вписываться в отсек существующей ракеты «Зенит», - рассказывать Петр Левочкин.

 Сегодня создать более мощный ракетный двигатель при существующем уровне техники сложно. Выход: или новое топливо внедрять, или искать прорывное решение, технический скачок.

 «Технический скачок - это так называемое детонационное горение, которое позволит нам на кислородно-керосиновых двигателях получить удельный импульс приближающийся к лучшим по характеристике кислородно-водородным двигателям. На сегодняшний день скорость вылета газов из сопла наших двигателей 3000 метров в секунду. Увеличить эту скорость – вот задача, чтобы лететь дальше, либо выводить больше», - продолжает Петр Левочкин.

 Внедрение этого метода позволит увеличить мощность двигателей на четверть. Возможно, именно на новых двигателях из Химок отправятся экспедиции землян на другие планеты.


Телестудия Роскосмоса
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

salto

ЦитатаОлег Шинькович пишет:
Был такой Иван Иваныч у нас когда-то
А этого Ивана Ивановича фамилия случайно не Иванов? Так И.И.И. занимался ЖРД, но детонационными двигателями не занимался

Alexandr_A

Непрерывная спиновая детонация
Цель настоящей книги-подвести итоги систематических
исследований непрерывной спиновой детонации в газах и гетерогенных системах, которая реализуется в кольцевых камерах сгорания типа жидкостного ракетного
(ЖРД) и воздушно­реактивного (ВРД) двигателей.

2013 г.


 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в монографии материалы показывают принципиальную возможность непрерывного детонационного сжигания в кольцевых камерах сгорания практически всех широко известных горючих при использовании в качестве окислителя газообразного и жидкого кислорода, а также воздуха в широком диапазоне физических параметров на входе в камеру. В камерах кольцевой цилиндрической и плоскорадиальной геометрии структура поперечных детонационных волн в газообразных, двухфазных и жидких компонентах горючей смеси практически одинакова. В камерах типа ЖРД она отличается от структуры поперечной волны спина в трубах отсутствием переднего ударнодетонационного фронта, на месте которого установлена стенка с отверстиями форсунок. В проточных камерах типа ВРД в поток окислителя, не смешанного с горючим, выдвигается косая ударная волна, которая быстро затухает в отходящей от детонационного фронта волне разрежения. Серия этих волн, однако, повышает среднее давление натекающего потока. Следует отметить, что в камере кольцевой цилиндрической геометрии при непрерывной спиновой детонации переход потока продуктов через звуковую поверхность может происходить выше среза канала, в то время как при обычном горении — только на срезе. Влияние противодавления и изменение формы канала могут переместить положение звуковой поверхности. Наглядный пример тому — НСД* в режиме эжекции окислителя, когда среднее давление в камере близко к атмосферному, но за фронтом ПДВ** в волне разрежения создаются условия для сверхзвукового течения свежей смеси перед фронтом ПДВ. Однако продукты, прошедшие через скачок торможения, истекают с дозвуковой скоростью.
Главным условием существования НСД является самопод-держиваюшееся образование перед фронтом ПДВ околокритиче-ского по детонации слоя смеси, высота которого зависит от многих факторов: геометрии и размеров камеры, тракта подачи сме-севых компонентов (типа форсунок и размера шелей), материала и температуры стенок камеры, а также от химической активности и фазового состояния горючего и окислителя, их количественного соотношения и способа подачи, степени перемешивания, давления подачи и давления в камере и их соотношения, внешних условий при докритическом истечении продуктов из камеры. Необходимо, чтобы газовые компоненты перемешивались, а жидкие хорошо дробились на мелкие капли в области распространения фронта ПДВ. Дробление твердого горючего (угля) проводилось предварительно, поэтому требуется его равномерное распределение с окислителем по детонирующему слою. В то же время необходимо исключить выгорание образующейся смеси в турбулентном пламени, которое всегда присутствует со стороны нагретых стенок и контактной поверхности смеси с продуктами сгорания, конкурируя с детонационным горением. Поэтому возможно подмешивание продуктов в свежую смесь. Кроме того, волна распространяется по частично перемешанной смеси, степень перемешивания которой возрастает вниз по потоку. В результате фронт ПДВ искривляется. Эти факторы обусловливают пониженные скорости детонации по сравнению с идеальной детонацией Чепмена — Жуге. Снижает скорость волны и неидеальность детонации, связанная с околокритическими размерами детонирующего слоя смеси.
Приведенные в монографии результаты экспериментов и модельных расчетов являются базой для практического использования детонационного горения в камерах сгорания двигателей, в энергетических установках, химических реакторах. Не исключено прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую в МГД-установках в режиме непрерывной детонации. Конкретные устройства имеют свою специфику. Поэтому, несмотря на принципиальную возможность детонационного сжигания топлива, потребуются дополнительные исследования их применения. Не везде детонационное сжигание, как термодинамически более выгодное, может заменить традиционное горение. Но там, где необходимо быстро и интенсивно сжигать топливо в устройствах малых габаритов, детонационное горение может найти достойное применение. Не следует опасаться повышенного нагрева и вибрации стенок — они не выше, чем при обычном горении. Для НСД это же самое относится и к шуму вытекающих продуктов. Только в режимах пульсирующей детонации уровень шумов может превышать допустимые нормативы. Процесс НСД допускает распределение расходов окислителя между областью распространения фронта детонации и областью течения продуктов, тем самым моделируется «двухконтурность», широко используемая в настоящее время в ВРД.
Разработанные и реализованные в металле камеры детонационного горения кольцевой цилиндрической геометрии, кольцевой геометрии с расширением канала, плоскорадиальной геометрии с расширением продуктов к периферии и центру, а также разработанная схема детонационного сгорания без стенок на поверхности тела начинают выступать объектом исследований не только в России, но и за рубежом. При этом не обходят вниманием и способ подачи топливных компонентов в камеру сгорания. Исследователям и практикам будут полезны, а в некоторых случаях и необходимы использованные авторами методики измерения расходов компонентов смеси, давления, методики оптической регистрации детонационных процессов с микросекундным разрешением и длительностью не менее секунды (в настоящее время и в цифровом варианте), параметров течения в области ИДВ, методики регистрации тяги и тепловых потоков в стенку камеры.
Предлагаемые в работе нестационарные физико-математические модели течения в режиме НСД являются двумерными, однако, ввиду малости кольцевого зазора камеры сгорания по сравнению с ее диаметром, эти модели достаточно точно отображают наблюдаемые в эксперименте параметры: скорость волны, давление, отношение высоты фронта к расстоянию между IIДВ. Трехмерные нестационарные задачи требуют более высокого уровня вычислительной техники и уже решаются в России и за рубежом, однако не всегда дают правильные результаты в связи с недопониманием исследуемого процесса и игнорированием перемешивания компонентов непосредственно в камере. Нет сомнения, что эти трудности будут преодолены и разработаны адекватные реалиям расчетные модели, учитывающие все стороны детонационного горения.
Обнаружение самовоспламенения холодных горючих смесей в вихревых потоках стимулирует их изучение, поскольку возникновение флуктуаций температур, превышающих температуру воспламенения, пока не нашло экспериментального и теоретического объяснения. Появилась возможность использования самовоспламенения для безыскрового инициирования горения и детонации, а более широкое изучение условий его возникновения полезно для предупреждения аварийных газовых взрывов.
Долгое время детонация, как нерасчетное и неуправляемое явление в ЖРД, камерах сгорания газотурбинных установок ВРД и двигателях внутреннего сгорания, вызывала много неприятностей вплоть до разрушения установок. Поэтому с ней велась и ведется достаточно успешная борьба. По-видимому, эта борьба сформировала в умах исследователей и практиков определенный стереотип неприятия детонационного способа сжигания топлива как альтернативы дефлаграции. Но если «укротить зверя» и научиться им управлять, то можно реализовать те преимущества, о которых говорилось в данной книге. Не все проблемы, связанные с детонационным горением, рассмотрены в данной монографии. Очевидно, что количество задач будет возрастать по мере развития практических приложений.
Когда написание этой книги о фундаментальных основах непрерывной спиновой детонации было близко к завершению, начался международный публикационный бум по экспериментальным и численным исследованиям НСД применительно к двигателям, работающим на принципе непрерывной спиновой детонации (197-241) (в западной литературе называемом rotating detonation engines). Число публикаций по НСД за последние четыре года превысило их число за предшествующие 30 лет. Это еше раз подчеркивает актуальность и своевременность выхода в свет данной монографии.

* Непрерывная спиновая детонация
** Поперечная детонационная волна

Плейшнер

ЦитатаФонд перспективных исследований (ФПИ) выделил порядка 760 миллионов рублей на разработку двигателя с детонационным горением. В дальнейшем на эти цели фонд выделит ещё 1,3 миллиарда рублей.
По словам Виталия Давыдова, заместителя гендиректора и председателя научно-технического совета ФПИ, теоретические расчёты позволяют говорить о перспективности этой разработки. Учёные надеются уже в ближайшее время на практике подтвердить эффективность данного метода, как в области создания прямоточного гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя, так и в сфере разработки ракетного.
Если Россия сумеет реализовать данный проект, это станет настоящим прорывом сразу в двух областях: создании гиперзвуковых летательных аппаратов и в космическом ракетостроении. В разработках принимают участие НПО «Энергомаш», лыткаринское КБ «Союз», Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) и другие научные центры.
Теоретически детонационные двигатели смогут почти в 50–60 раз превосходить существующие сегодня по объёмной мощности. Кроме того, они будут обладать таким преимуществом, как дешевизна. На выделенные ФПИ средства ЦИАМ намерен создать аппарат, способный развивать скорость до 8 М.
Не надо греть кислород!
146 пользователям это нравится
одному не нравится

KBOB

#24
Велосипед с детонационным двигателем http://www.youtube.com/watch?v=bKHz7wOjb9w

Я бы прокатился  ;)

Детонационный двигатель уже и на велосипедах.  :D
Россия больше чем Плутон.

KBOB

Пишут, что имеет место неустойчивость Кельвина — Гельмгольца
http://www.hysafe.org/science/eAcademy/docs/4thesshs/presentations/ESSHS2009FujiwaraT2.pdf
как бы это не помешало созданию мощных двигателей.
Россия больше чем Плутон.

Извините не понимаю как денатоционные РД могут быть в  60 раз более эффективнее ЖРД У КОТОРЫХ  кпд НЕ МЕНЕЕ 40%.Я не понимаю ,может это разводка USA .С целью ввести противника в заблуждение помочь ему истратить несколько миллиардов долл на решение никому не нужных проблем.С точки зрения моего понимания физики у денотацинногоЖРД  нет никаких преимуществ.Возможно я ошибаюсь .Поправьте  пожалуйста.

Плейшнер

ЦитатаЮрий Темников пишет:
Извините не понимаю как денатоционные РД могут быть в 60 раз более эффективнее ЖРД У КОТОРЫХ кпд НЕ МЕНЕЕ 40%.Я не понимаю ,может это разводка USA .С целью ввести противника в заблуждение помочь ему истратить несколько миллиардов долл на решение никому не нужных проблем.С точки зрения моего понимания физики у денотацинногоЖРД нет никаких преимуществ.Возможно я ошибаюсь .Поправьте пожалуйста.
Вы сейчас сами себя запутаете, откуда вы взяли "в 60 раз более эффективнее"?
Не надо греть кислород!
146 пользователям это нравится
одному не нравится


Плейшнер

ЦитатаЮрий Темников пишет:
Ваше же сообщение см выше.
Ну процитируйте пожалуйста предложение, в котором вы видите "50-60 раз"
Не надо греть кислород!
146 пользователям это нравится
одному не нравится

Пардон это ваша цитата если я не ошибаюсь.

Плейшнер

ЦитатаЮрий Темников пишет:
Пардон это ваша цитата если я не ошибаюсь.
Вот цитата:
ЦитатаТеоретически детонационные двигатели смогут почти в 50–60 раз превосходить существующие сегодня по объёмной мощности
Как видите там ни слова об эффективности и к.п.д.
Не надо греть кислород!
146 пользователям это нравится
одному не нравится

Пардон вопрос о КПД и эффективности .И еще коее о чем .Конкретно в чем преимущество? Не разводка ли?

Плейшнер

ЦитатаЮрий Темников пишет:
Пардон вопрос о КПД и эффективности

О кпд двигателя наверное рано говорить, но во всяком случае детонационное горение это наиболее выгодный способ сжигания топлива
http://www.chem.msu.ru/rus/jvho/2008-6/129.pdf
Не надо греть кислород!
146 пользователям это нравится
одному не нравится

Преимущест не увидел   про КПД ни слова.Не специалист -но фуфло -кто оспорит?

Плейшнер

ЦитатаЮрий Темников пишет:
Не специалист -но фуфло -кто оспорит?
За что же вы так себя? ;)  :D
Не надо греть кислород!
146 пользователям это нравится
одному не нравится

C-300

ЦитатаЮрий Темников пишет:
Преимущест не увидел про КПД ни слова.Не специалист -но фуфло -кто оспорит?
Более эффективный термодинамический цикл работы двигателя. См. Вики. :)

Старый

А может кто-нибудь объяснить принцип действия "детонационного двигателя", или ссылку дать на описание принципа действия?
1. Ангара - единственная в истории новая РН которая хуже старой. (с) Старый Ламер
2. Главное назначение Ангары и Восточного - выкачать из бюджета максимум денег.
3. Фалкон-9 длиннее и толще чем  УРМ-1
4. Зато у Роскосмоса тоннели длиннее и толще чем у Маска
5. Было стыдно и весело (с) Hiroo

KBOB

ЦитатаСтарый пишет:
А может кто-нибудь объяснить принцип действия "детонационного двигателя", или ссылку дать на описание принципа действия?
Топливо сгорает в КС детонационной волне. Поскольку детонация распространяется со сверхзвуковой скоростью возможны 3 варианта:
1. Pulse Detonation Engine - топливо и окислитель подаеются с дозвуковой скорость и детонируют периодически.
2. Standing Detonation Engine - топливо и окислитель подаются со сверхзвуковой скоростью, детонационная волна движется навстречу потоку, стационарна относительно камеры сгорания.
3. Rotating Detonation Engine - топливо и окислитель подаются с дозвуковой скоростью, детонационная волна движется под углом к потоку по кольцевой камере сгорания.
Россия больше чем Плутон.

Старый

Принцип действия то в чём состоит? За счёт чего возникает тяга?
1. Ангара - единственная в истории новая РН которая хуже старой. (с) Старый Ламер
2. Главное назначение Ангары и Восточного - выкачать из бюджета максимум денег.
3. Фалкон-9 длиннее и толще чем  УРМ-1
4. Зато у Роскосмоса тоннели длиннее и толще чем у Маска
5. Было стыдно и весело (с) Hiroo